网络多层拓扑发现算法的分析

文章编号：1006－1576（2004）03－0030－03

网络多层拓扑发现算法的分析

施锋，吴秋峰

（清华大学自动化系，北京 100084）

摘要：网络多层拓扑发现常用工具有多种：Ping测试IP的连通性，Traceroute发现路由器，DNS提供IP地址与主机名称间的映射，ARP保存同局域网设备的MAC和IP地址并将IP映射为MAC。小型网络重视链路层设备和主机的发现，而大型网络侧重网络层以发现路由器与子网。特大型网络拓扑发现需跨越很多异构型网络及管理域。拓扑发现算法的发现通常是从IP层到链路层。拓扑发现算法通过地址转发表、网桥生成树和端口流量进行计算。

关键词：网络管理；拓扑发现；算法；SNMP

中图分类号：TP393.07 文献标识码：A

Algorithms Analysis of Topology Discovery for Multi-Layer Networks

SHI Feng, WU Qiu-feng

(Department of Automation, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract:There are many tools used in topology discovery of multi-layer networks, such as Ping tests IP connectivity, Traceroute discovers routers, DNS provides mapping between IP address and host names. ARP keeps MAC and IP address in a LAN and maps IP to MAC. Pay attention to discovering of data-link layer equipments and hosts for small networks, and then attention to network layer for large networks as well as discover routers and subnets. Topology discovery of extra-large networks need go through many heterogeneous networks and management domains. Discovery algorithms usually go from high layer (IP layer) to low layer (data-link layer). Topology discovery algorithms are that port connectivity is accounted by address transmitting table, spanning tree and flux of port.

Key words: Network management; Topology discovery; Algorithm; SNMP

1 引言

网络拓扑发现是OSI定义的网络管理5大基本功能域中配置管理的功能之一，它为管理中心提供整个网络系统各子网间及子网内部网络设备间的互连关系的信息，这些信息对故障的监控、检测与排除、资源调配等具有重要作用。网络拓扑的发现针对网络的不同层次而言：第三层即网络层的拓扑发现，指路由器与子网及其连接关系；第二层的拓扑发现，指网桥、交换机等链路层设备及其连接关系。网络拓扑也分为逻辑拓扑和物理拓扑：逻辑拓扑指网络中从一个节点到另一个节点间传递信息的方法，与网络的外形无关，路由器与子网的互连以及VLAN的划分都属于逻辑拓扑范畴；物理拓扑指网络节点的地理分布与连接的几何构形，一个网络的物理拓扑可对应多个不同抽象级别的逻辑拓扑。

2 拓扑发现的常用工具

2.1 Ping和Traceroute

Ping和Traceroute都是基于ICMP（Internet Control Message Protocol）协议的IP网络的常用工具。

Ping在网管中经常用来测试IP的连通性，几乎每种拓扑发现算法都不同程度地使用它。但若大范围地使用（如广播Ping），会占去许多系统资源，从而降低算法的效率。

Traceroute是80年代末由Van Jacobson开发的应用程序，可跟踪远程网络地址或子网地址上设备和主机间的路由，从而得到从源IP地址到目标IP地址所经过的路由信息，进而发现路由器节点。由于具有TCP／IP协议栈的多数系统都有该工具，因此它是网络第三层即IP层拓扑发现的最常用的工具。

2000年前后出现的Mercator算法[1]、CNRG （Cornell Network Research Group）算法[13]都是利用Traceroute的简单性及通用性来发现Internet 的骨干拓扑。前者结合了启发式，进行多次有限跳的主动探测；后者从BGP（Border Gateway Protocol）的路由信息开始，逐步发现每个域的路由器与链路，最后将结果进行合并。

CAIDA（Cooperative Association for Internet Data Analysis）项目组设计的拓扑测量工具Skitter 算法[4]的拓扑发现功能也是利用Traceroute主动探测转发路径，再通过BGP表来推测Internet内部各AS域间的结构。

由于在跟踪一条很长的路径时，Traceroute会花很长时间，甚至会产生错误结果。对此做了改进，通过将跳数限制在3跳，并采用多机多线程进行并行路由追踪，提高了探测效率，在CERNET的拓

收稿日期：2003－11－26；修回日期：2004－01－30　

作者简介：施锋（1969－），女，上海人，1991年毕业于首都师范大学，现清华大学自动化系工程硕士研究生，从事网络管理系统研究。

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